一种多自由度大层高3D打印方法及3D打印装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115972566A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211535672.3(22)申请日2022.12.02(71)申请人青岛科技大学地址266000山东省青岛市崂山区松岭路99号(72)发明人王廷利杨化林楚电明李红宾(51)Int.Cl.B29C64/118(2017.01)B29C64/20(2017.01)B29C64/227(2017.01)B33Y10/00(2015.01)B33Y30/00(2015.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种多自由度大层高3D打印方法及3D打印装置(57)摘要本发明公开一种多自由度大层高3D打印方法及3D打印装置，涉及3D打印领域。产品建模后进行模型重构，重构轮廓曲面由各个局部轮廓曲面合并组合而成，以重构模型为基础，经过数据处理后得到打印头轨迹及打印机运动的控制信息，打印头由多轴运动系统提供运动支持，打印头端部安装能伸缩的打印头控制片，成形过程中，打印头在多轴运动系统的支持下灵活准确的到达指定位置和角度，在加热模块和供料系统的作用下，熔融的成形材料经打印头挤出口挤出后与之前已成形的材料粘结，打印头控制片对正在成形的材料具有约束控形和支撑作用。本发明提出的3D打印方法和3D打印装置具有避免台阶效应、成形速度快、无需设置支撑结构、节约材料等优点。CN115972566ACN115972566A权利要求书1/1页1.一种多自由度大层高3D打印方法及3D打印装置，其特征步骤如下：步骤一：产品建模，应用三维造型软件，根据产品的形状和尺寸，构建产品的三维模型；步骤二：模型重构，选择产品的轮廓曲面为目标重构曲面，首先在轮廓曲面上设置轮廓曲线，轮廓曲线间距根据工艺需要确定，然后通过两条相邻轮廓曲线构建曲面形成局部轮廓曲面，再将这些局部轮廓曲面合并组成完整的重构轮廓曲面；步骤三：获取3D打印过程的运动控制信息，基于重构轮廓曲面，以其轮廓曲线为基准曲线，以其各局部轮廓曲面为3D打印目标曲面，参照多轴铣削时球头铣刀轨迹的提取方法，获得基准轨迹线上各点的轨迹信息，包括x、y、z坐标值及其对应的i、j、k三个向量共六组数据信息，打印头控制片基准点位于打印头控制片基准线与打印头端部交点，在3D打印过程中，打印头控制片基准线与局部轮廓曲面相切，即打印头控制片基准线与前述铣刀轴线垂直，经过转换后，获得打印机的多轴运动系统基准点的轨迹信息，包括X、Y、Z三个坐标点及A角度(即绕X轴旋转角度)、C角度(即绕Z轴旋转角度)五组信息，多轴运动系统基准点位于打印头控制片基准线与Z轴交点，并根据不同位置对应的构建局部轮廓曲面两条轮廓曲线的距离，得到控制片的长度信息；步骤四：基板预热，为了实现熔融的成形材料刚从打印头挤出时能与基板良好粘结，在开始打印之前对基板进行预热，使其达到粘结要求的温度；步骤五：供料及加热熔化，由于打印头在多轴运动系统的支持下进行多自由度打印，线材进入打印头装置后，线材在加热装置的作用下逐步熔融并保持工艺要求的温度，并根据测温装置反馈数值进行温度调控；步骤六：打印头运动调节，根据打印头控制片的成形轨迹信息，调节多轴运动装置，使打印头灵活准确的到达指定位置和角度，根据对应位置的局部轮廓曲面两条轮廓曲线的间距，调节控制片伸缩长度；步骤七：重构轮廓曲面的打印，成形线材在摩擦轮的挤压作用下向前运动，打印头内熔融的材料在后续固态线材的挤压下被挤出打印头，并与前一层已成形的材料接触，成形材料在打印头控制片的约束下将其围成的空间充满，打印头控制片起到约束熔融材料形状和提供支撑的作用，同步地，打印头根据成形轨迹信息向前运动；步骤八：填充区域打印，若重构轮廓曲面围成的区域需要填充，将打印头控制片缩回，熔融的成形材料从打印头挤出后，根据填充工艺要求和填充路径设定进行填充。2.适用于权利要求1所述的一种多自由度大层高3D打印方法及3D打印装置，其特征在于，包括多轴运动系统、打印头系统、供料系统和控制系统；所述多轴运动系统包括X/Y/Z三轴运动机构、C轴旋转机构、A轴旋转机构、各轴运动驱动电机，为打印头可实现多自由度灵活准确的运动提供支持；所述打印头系统包括打印头进料口、打印头散热片，打印头喉管，打印头挤出口，打印头控制片、打印头控制片微型驱动电机、加热模块、加热棒、测温电阻，打印头控制片在微型电机的控制下进行伸缩运动，供料系统进行成形材料供料，成形材料加热熔融后从挤出口挤出，控制系统对上述多轴运动、打印头伸缩、供料、加热熔融过程、测温反馈进行控制，实现多自由度大层高3D打印过程。2CN115972566A说明书1/4页一种多自由度大层高3D打印方法及3D打印装置技术领域[0001]本发明涉及3D打印领域，特别是涉及一种多